RU2013634C1

RU2013634C1 - Ultrasonic sprayer of liquid fuel in fuel system of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2013634C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Седов
Original assignee: Юрий Владимирович Седов
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: automotive engineering, particularly engine construction. SUBSTANCE: sprayer has active sonic vibrator and mechanism for feeding fuel to its radiation surface. The sprayer has passive vibrator resiliently urged by a portion of its surface to radiation surface of the active vibrator and defining with the active vibrator a fuel supply system. Used as the vibrator is an electromechanical transducer, such as a piezoceramic transducer. Fuel is conveyed from tank along fuel line to interior of the fuel supply system. Upon inducing ultrasonic vibrations between active and passive vibrators a periodically varying clearance is formed through which atomized fuel is forced to air medium. EFFECT: enhanced efficiency of the fuel system. 7 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для ультразвукового распыления жидкости и может быть использовано в системах питания ДВС для распыления жидкого топлива и присадочных жидкостей, например воды, а также растворов на их основе. The invention relates to devices for ultrasonic liquid atomization and can be used in ICE power systems for atomizing liquid fuel and additive liquids, for example water, as well as solutions based on them.

Известно устройство для распыления топлива, содержащее ванну с топливом, в которой размещен ультразвуковой вибратор. Распыление происходит с поверхности жидкости за счет концентрации ультразвуковых колебаний в ограниченной зоне. A device for spraying fuel containing a bath with fuel in which an ultrasonic vibrator is located is known. Spraying occurs from the surface of the liquid due to the concentration of ultrasonic vibrations in a limited area.

Недостатком указанного устройства являются низкая производительность и невозможность его использования на движущемся транспортном средстве. The disadvantage of this device is the low productivity and the inability to use it on a moving vehicle.

Известно устройство для распыления топлива, содержащее ультразвуковой вибратор, на торцевой срез которого принудительно подают топливо. A device for spraying fuel, containing an ultrasonic vibrator, at the end section of which is forcibly supplied fuel.

Недостатком указанного устройства является не полное распыление топлива, вызванное его принудительной подачей и незначительной площадью среза вибратора. The disadvantage of this device is not the complete atomization of the fuel caused by its forced supply and a small cut-off area of the vibrator.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для распыления топлива, которое содержит ультразвуковой преобразователь с концентратором, на конце которого закреплен полый цилиндрический вибратор, который размещен в воздушном патрубке системы питания и соосно с ним. Выше вибратора по воздушному потоку размещена топливная форсунка, соединенная с системой подачи и регулирования давления топлива. Топливо из форсунки, соосной с вибратором, в виде пленки подается на поверхность вибратора, распыляется на нем и выносится из зоны распыления потоком воздуха. При этом требуется весьма значительная амплитуда ультразвуковых колебаний, необходимая для распыления слоя жидкости, протекающей по поверхности вибратора. Closest to the claimed is a device for atomizing fuel, which contains an ultrasonic transducer with a concentrator, at the end of which a hollow cylindrical vibrator is mounted, which is placed in the air pipe of the power system and coaxially with it. Above the vibrator, a fuel nozzle is connected through the air flow and is connected to the fuel pressure supply and control system. The fuel from the nozzle, coaxial with the vibrator, in the form of a film is fed to the surface of the vibrator, sprayed on it and carried out of the spray zone with an air stream. This requires a very significant amplitude of ultrasonic vibrations, necessary for spraying a layer of liquid flowing along the surface of the vibrator.

Основным недостатком указанного устройства является не полное распыление топлива, поскольку оно подается через воздушную среду под углом к поверхности вибратора и частично отражается не распыленным. Кроме того, амплитуда ультразвуковых колебаний не постоянна по периметру вибратора, что также приводит к частичному выносу нераспыленного топлива с нижней кромки вибратора. The main disadvantage of this device is not the complete atomization of the fuel, since it is supplied through the air at an angle to the surface of the vibrator and is partially reflected not atomized. In addition, the amplitude of the ultrasonic vibrations is not constant around the perimeter of the vibrator, which also leads to a partial removal of the nebulized fuel from the lower edge of the vibrator.

Недостатком указанного устройства является также его конструктивная сложность, связанная с наличием аппаратуры впрыска топлива, необходимостью охлаждения преобразователя и сложностью изготовления цилиндрического вибратора совместно с концентратором для получения требуемой амплитуды колебаний. The disadvantage of this device is also its structural complexity associated with the presence of fuel injection equipment, the need for cooling the converter and the complexity of manufacturing a cylindrical vibrator together with a concentrator to obtain the required oscillation amplitude.

Цель изобретения является повышение эффективности работы распылителя за счет полного распыления топлива при одновременном упрощении его конструкции. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the atomizer due to the complete atomization of the fuel while simplifying its design.

Указанная цель достигается тем, что в отличии от известного ультразвукового распылителя, содержащего активный ультразвуковой вибратор с излучающей поверхностью и средство подачи топлива с полостью, размещенное с возможностью подачи топлива на излучающую поверхность активного ультразвукового вибратора, предлагаемый распылитель снабжен по меньшей мере одним пассивным вибратором, установленным соосно с активным вибратором, причем пассивный вибратор упруго связан участком своей поверхности с излучающей поверхностью активного вибратора с возможностью периодического образования зазора или выхода топлива, а полость образована активным и пассивным вибраторами. Дополнительным отличием предлагаемого распылителя является то, что участок поверхности пассивного вибратора, упругосвязанный с излучающей поверхностью активного вибратора, выполнен цилиндрическим или коническим, а также может быть выполнен перфорированным и содержать при этом канавки в промежутках между перфорацией, которые соединены с полостью средства подачи топлива. Дополнительным отличием предлагаемого распылителя является также то, что пассивный вибратор выполнен в виде по меньшей мере двух конических колец, на поверхности которых, упругосвязанной с излучающей поверхностью активного вибратора, выполнены канавки, соединенные с полостью средства подачи топлива. This goal is achieved in that, in contrast to the known ultrasonic atomizer comprising an active ultrasonic vibrator with a radiating surface and a fuel supply means with a cavity arranged to supply fuel to the radiating surface of the active ultrasonic vibrator, the proposed atomizer is equipped with at least one passive vibrator installed coaxially with the active vibrator, the passive vibrator being elastically connected by a portion of its surface to the radiating surface of the active vibrat pa to periodically form a nip or fuel outlet, and the cavity is formed by active and passive vibrators. An additional difference of the proposed atomizer is that the surface portion of the passive vibrator, elastically connected to the radiating surface of the active vibrator, is cylindrical or conical, and can also be perforated and contain grooves in the spaces between the perforations that are connected to the cavity of the fuel supply means. An additional difference of the proposed atomizer is that the passive vibrator is made in the form of at least two conical rings, on the surface of which, elastically connected with the radiating surface of the active vibrator, grooves are made connected to the cavity of the fuel supply means.

Выполнение пассивного вибратора перфорированным, а также выполнение его в виде двух и более соосных конических колец, связанных между собой коническими поверхностями, позволяет увеличить протяженность зоны распыления и эффективность распылителя. The implementation of a passive vibrator perforated, as well as its implementation in the form of two or more coaxial conical rings interconnected by conical surfaces, allows to increase the length of the spray zone and the efficiency of the sprayer.

Еще одним дополнительным отличием предлагаемого распылителя является то, что в качестве активного вибратора использован электромеханический преобразователь, например пьезоэлектрический. Это позволяет разместить преобразователь непосредственно в воздушном канале системы питания ДВС, улучшить условия его охлаждения и общую компоновку распылителя. Another additional difference of the proposed atomizer is that an electromechanical transducer, for example a piezoelectric, is used as an active vibrator. This allows you to place the converter directly in the air channel of the internal combustion engine power supply system, improve its cooling conditions and the general layout of the sprayer.

Отличительные признаки изобретения, заключающиеся в наличии пассивного вибратора, упругосвязанного участком своей поверхности с излучающей поверхностью активного вибратора и образующего совместно с ним полость средства подачи топлива в зону распыления в месте их контакта, не известны из доступных источников информации, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Существенные отличия". Distinctive features of the invention, consisting in the presence of a passive vibrator, elastically connected by a portion of its surface with the emitting surface of the active vibrator and forming together with it the cavity of the means for supplying fuel to the spray zone at their contact point, are not known from available sources of information, which allows us to conclude that the invention criteria "Significant differences".

На фиг. 1 представлен общий вид распылителя согласно п. 1 формулы изобретения; на фиг. 2, 3 - общий вид и вид сверху распылителя согласно п. 2 формулы изобретения; на фиг. 4 - общий вид распылителя согласно п. 3 формулы изобретения; на фиг. 5, 6 - общий вид и сечение распылителя согласно п. 4 формулы изобретения; на фиг. 7, 8 - общий вид и сечение распылителя согласно п. 5 формулы изобретения. In FIG. 1 is a perspective view of a nebulizer according to claim 1; in FIG. 2, 3 - a General view and a top view of the sprayer according to paragraph 2 of the claims; in FIG. 4 is a general view of the atomizer according to claim 3 of the claims; in FIG. 5, 6 - general view and cross section of the sprayer according to paragraph 4 of the claims; in FIG. 7, 8 - General view and cross section of the sprayer according to paragraph 5 of the claims.

Ультразвуковой распылитель согласно п. 1 формулы изобретения (фиг. 1) содержит вибратор 1, который закреплен на основании 2. Соосно с активным вибратором 1 размещен тонкостенный пассивный вибратор 3, который с помощью гайки 4 и диэлектрических прокладок 5 упруго связан с излучающей поверхностью активного вибратора 1 на участке поверхности 6. Под активным вибратором в данном случае понимается ультразвуковой вибратор, акустически связанный с источником колебаний. Под излучающей поверхностью понимается поверхность, способная совершать механические колебания. Под пассивным вибратором понимается ультразвуковой вибратор, упругосвязанный с источником колебаний. The ultrasonic atomizer according to claim 1 of the claims (Fig. 1) comprises a vibrator 1, which is mounted on the base 2. A thin-walled passive vibrator 3 is placed coaxially with the active vibrator 1, which is elastically connected with the nut 4 and dielectric spacers 5 to the radiating surface of the active vibrator 1 on a surface area 6. In this case, an active vibrator is understood to mean an ultrasonic vibrator acoustically coupled to a vibration source. A radiating surface is understood to mean a surface capable of performing mechanical vibrations. By a passive vibrator is meant an ultrasonic vibrator that is elastically coupled to a vibration source.

Прокладки 5, выполненные, например, из бензостойкой резины, обеспечивают упругий прижим, электрическую изоляцию и уплотнение образованной активным и пассивным вибраторами полости 7 средства подачи топлива. На чертеже изображен активный вибратор 1, в качестве которого согласно п. 7 формулы изобретения использован пьезоэлектрический преобразователь с электродами 8, один из которых имеет электрический контакт с основанием 2, а вывод другого электрода 8 выполнен проводом и на чертеже не показан. Gaskets 5, made, for example, of gas-resistant rubber, provide elastic clamping, electrical isolation and sealing of the cavity 7 of the fuel supply means formed by active and passive vibrators. The drawing shows an active vibrator 1, for which, according to claim 7, a piezoelectric transducer with electrodes 8 is used, one of which has electrical contact with the base 2, and the output of the other electrode 8 is made by wire and is not shown in the drawing.

Топливный канал 9 соединяет полость 7 с емкостью для топлива (не показана) и совместно со штифтом 10 служит для крепления распылителя в воздушном канале (не показан) системы питания ДВС. The fuel channel 9 connects the cavity 7 with a fuel tank (not shown) and, together with a pin 10, serves to mount the spray gun in the air channel (not shown) of the ICE power system.

Ультразвуковой распылитель по п. 2 формулы изобретения (фиг. 2, 3) содержит элементы, аналогичные описанным выше (фиг. 1), за исключением того, что активный вибратор 1 закреплен между основанием 2 и накладкой 11 с помощью стяжки 12 и уплотнен диэлектрическими прокладками 13; тонкостенный цилиндрический пассивный вибратор 3 связан с излучающей поверхностью активного вибратора 1 участком цилиндрической поверхности 6, при этом выводы от электродов 8 выполнены отдельными проводами и на чертеже не показаны. The ultrasonic atomizer according to claim 2 of the claims (Figs. 2, 3) contains elements similar to those described above (Fig. 1), except that the active vibrator 1 is fixed between the base 2 and the pad 11 with a tie 12 and sealed with dielectric gaskets thirteen; a thin-walled cylindrical passive vibrator 3 is connected to the radiating surface of the active vibrator 1 by a portion of the cylindrical surface 6, while the conclusions from the electrodes 8 are made by separate wires and are not shown in the drawing.

Ультразвуковой распылитель по п. 3, формулы изобретения (фиг. 4) содержит элементы, аналогичные описанным выше (фиг. 1), за исключением того, что с активным вибратором 1 акустически связана (например, приклеена) коническая насадка 14 с излучающей поверхностью, с которой упруго связан пассивный вибратор 3 на участке конической поверхности 6. The ultrasonic atomizer according to claim 3, claims (Fig. 4) contains elements similar to those described above (Fig. 1), except that a conical nozzle 14 is acoustically connected (for example, glued) to the active vibrator 14 with a radiating surface, with which is elastically connected passive vibrator 3 in the area of the conical surface 6.

Ультразвуковой распылитель по п. 4 формулы изобретения (фиг. 5, 6) содержит элементы, аналогичные описанным выше (фиг. 2), за исключением того, что пассивный вибратор 3 на участке поверхности 6, упруго связанной с активным вибратором 1, содержит перфорацию 15, например, в виде круглых отверстий, в промежутках между которыми выполнены канавки 16, образующие совместно с поверхностью активного вибратора 1 каналы, соединенные с полостью 7 средства подачи топлива. The ultrasonic atomizer according to claim 4 of the claims (Fig. 5, 6) contains elements similar to those described above (Fig. 2), except that the passive vibrator 3 on the surface 6, elastically connected with the active vibrator 1, contains a perforation 15 , for example, in the form of round holes, in the spaces between which grooves 16 are made, forming, together with the surface of the active vibrator 1, channels connected to the cavity 7 of the fuel supply means.

Ультразвуковой распылитель по п. 5 формулы изобретения (фиг. 7, 8) содержит элементы, аналогичные описанным выше (фиг. 2), за исключением того, что пассивный вибратор 3 выполнен в виде однотипных конических колец, упругосвязанных конусными поверхностями 17 друг с другом, а участком поверхности 6 с излучающей поверхностью активного вибратора 1, при этом на участке поверхности 6 выполнены канавки 16, образующие совместно с излучающей поверхностью активного вибратора 1 каналы, соединенные с полостью 7 средства подачи топлива. The ultrasonic atomizer according to claim 5 of the claims (Figs. 7, 8) contains elements similar to those described above (Fig. 2), except that the passive vibrator 3 is made in the form of the same conical rings, elastically connected by conical surfaces 17 to each other, and a surface portion 6 with a radiating surface of the active vibrator 1, while grooves 16 are made on the surface portion 6, forming channels together with the radiating surface of the active vibrator 1, connected to the cavity 7 of the fuel supply means.

Распылитель работает следующим образом. The sprayer operates as follows.

Топливо из емкости (не показана) по топливному каналу 9 поступает в полость 7 средства подачи топлива и заполняет ее. При возбуждении в активном вибраторе 1 ультразвуковых колебаний благодаря упругому контакту пассивный вибратор 3 также приходит в колебательное движение. Благодаря различным частотным свойствам активного и пассивного вибраторов в местах их контакта на участке поверхности 6 и поверхности 17 возникает периодически изменяющийся в пределах амплитуды механических колебаний зазор. При увеличении зазора в течение одного полупериода колебаний топливо из полости 7 устремляется в этот зазор, затем выносится в мелкодисперсном виде в воздушную среду в течение второго полупериода колебаний при уменьшении зазора вплоть до полного соприкосновения указанных поверхностей. На место вынесенного в воздушную среду распыленного топлива в полость 7 поступает очередная порция топлива описанным выше образом и процесс распыления повторяется в течение времени работы активного вибратора 1. Fuel from the tank (not shown) through the fuel channel 9 enters the cavity 7 of the fuel supply means and fills it. When excited in the active vibrator 1 of ultrasonic vibrations due to the elastic contact, the passive vibrator 3 also comes into oscillatory motion. Due to the various frequency properties of the active and passive vibrators in the places of their contact, a gap occurs periodically on the surface 6 and surface 17, which varies periodically within the amplitude of mechanical vibrations. With an increase in the gap during one half-cycle of oscillations, the fuel from the cavity 7 rushes into this gap, then it is discharged in finely dispersed form into the air during the second half-period of oscillations with a decrease in the gap up to the complete contact of these surfaces. In place of the atomized fuel discharged into the air into the cavity 7, the next portion of fuel enters in the manner described above and the atomization process is repeated during the operating time of the active vibrator 1.

Регулирование количества распыляемого устройством топлива, необходимого для приготовления рабочей смеси, может быть осуществлено с помощью амплитудной или широтно-импульсной модуляции ультразвуковых колебаний активного вибратора 1. Regulation of the amount of fuel sprayed by the device necessary for preparing the working mixture can be carried out using amplitude or pulse-width modulation of the ultrasonic vibrations of the active vibrator 1.

Пример реализации изобретения по п. 4 формулы изобретения. An example embodiment of the invention according to claim 4.

Был изготовлен и испытан макет ультразвукового распылителя, в котором в качестве активного вибратора 1 использован пьезокерамический преобразователь типа ПКР-8 с геометрическими размерами D_нар. = = 33 мм, D_вн. = 28 мм, H = 20 мм, с частотой колебаний 34 кГц. Пассивный вибратор 3, размещенный внутри преобразователя и упругоприжатый к нему цилиндрической поверхностью 6, выполнен из листовой меди толщиной 0,3 мм в виде гофрированного цилиндра. Количество гофр и канавок 16 равно 32. Сечение образованных каналов в радиальном направлении равно 0,5 мм. На выступах гофр выполнено 256 отверстий диаметром 1,0 мм.A model of an ultrasonic atomizer was made and tested, in which a PKR-8 type piezoceramic transducer with geometric dimensions D _{nar was} used as an active vibrator 1 _. = = 33 mm, D _ext. = 28 mm, H = 20 mm, with an oscillation frequency of 34 kHz. The passive vibrator 3, placed inside the transducer and elastically pressed against it by a cylindrical surface 6, is made of copper sheet 0.3 mm thick in the form of a corrugated cylinder. The number of corrugations and grooves 16 is 32. The cross section of the formed channels in the radial direction is 0.5 mm. On the ledges of the corrugations, 256 holes with a diameter of 1.0 mm are made.

Испытания макета устройства дали положительные результаты по качеству распыления, при этом была достигнута максимальная производительность распыления до 30 г/мин бензина марки А-76. Tests of the device’s model yielded positive results in terms of atomization quality, while maximum atomization performance of up to 30 g / min of A-76 gasoline was achieved.

Преимущества предлагаемого ультразвукового распылителя жидкого топлива по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения заключается в следующем:
практически исключена возможность выноса в воздушную среду нераспыленного топлива за счет подачи его через полость, образованную упругосвязанными друг с другом активным и пассивным вибраторами;
обеспечено эффективное распыление топлива в зазоре между активным и пассивным вибраторами, что делает ненужным применение устройства для впрыска топлива;
обеспечена возможность применения пьезокерамического преобразователя в качестве активного вибратора для непосредственного воздействия на жидкую среду за счет снижения требований к величине амплитуды ультразвуковых колебаний, необходимой для эффективного распыления топлива;
улучшена общая компоновка устройства за счет возможности применения преобразователя в качестве активного вибратора;
улучшены условия охлаждения преобразователя за счет его размещения в воздушном патрубке.The advantages of the proposed ultrasonic atomizer of liquid fuel in comparison with known devices of a similar purpose is as follows:
virtually eliminated the possibility of removal into the air of unsprayed fuel by feeding it through a cavity formed by active and passive vibrators elastically connected to each other;
Efficient fuel atomization in the gap between the active and passive vibrators is ensured, which makes it unnecessary to use a device for fuel injection;
it is possible to use a piezoceramic transducer as an active vibrator for direct exposure to a liquid medium by reducing the requirements for the amplitude of ultrasonic vibrations necessary for efficient atomization of fuel;
the general layout of the device is improved due to the possibility of using the converter as an active vibrator;
improved conditions for cooling the converter due to its placement in the air pipe.

Перечисленные обстоятельства позволяют улучшить эффективность работы ультразвукового распылителя за счет полного распыления топлива при одновременном упрощении его конструкции. These circumstances can improve the efficiency of the ultrasonic atomizer due to the complete atomization of the fuel while simplifying its design.

Claims

1. ULTRASONIC SPRAY OF LIQUID FUEL POWER SUPPLY OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, containing an active ultrasonic vibrator with a radiating surface and a fuel supply means with a cavity, arranged to supply fuel to the radiating surface of an ultrasonic vibrator, characterized in that it is equipped with a sprayer to increase efficiency at least one passive vibrator mounted coaxially with the active vibrator, the passive vibrator being elastically connected by a portion of its surface to the radiation the surface of the active vibrator with the possibility of periodic formation of a gap for fuel exit, and the cavity is formed by active and passive vibrators.

2. The atomizer according to claim 1, characterized in that the surface section of the passive vibrator, elastically connected to the radiating surface of the active vibrator, is cylindrical.

3. The atomizer according to claim 1, characterized in that the surface portion of the passive vibrator, elastically connected to the radiating surface of the active vibrator, is made conical.

4. The sprayer on PP. 2 and 3, characterized in that a portion of the surface of the passive vibrator, elastically connected with the radiating surface of the active vibrator, is perforated with grooves located in the spaces between the perforations and together with the radiating surface of the active vibrator form channels communicating with the cavity of the fuel supply means.

5. The atomizer according to claim 2, characterized in that the passive vibrator is made in the form of at least two coaxial conical rings connected by conical surfaces to each other, and grooves are made on the surface of the conical rings elastically connected to the radiating surface of the active vibrator with the cavity of the fuel supply means.

6. The sprayer on PP. 1 to 5, characterized in that the active vibrator is made in the form of an electromechanical transducer.

7. The sprayer on PP. 1 to 6, characterized in that the active vibrator is made in the form of a piezoelectric transducer.